Bogenschneidprozesse von Metallen: 6 Prozesse

Dieser Artikel beleuchtet die sechs wichtigsten Lichtbogenschneidprozesse von Metallen. Die Prozesse sind: 1. Kohlenstoffbogenschneiden 2. Luftkohlenstoffbogenschneiden 3. Metallbogenschneiden 4. Gasmetallbogenschneiden (GMA) 5. Gaswolkenbogenschneiden (GTA) 6. Plasma-Bogenschneiden.

Bogenschneidvorgang Nr. 1. Kohlenstoffbogenschneiden:

Beim Schneiden von Kohlenstoffbogen wird eine Kohlenstoff- oder Graphitelektrode zum Schmelzen des Metalls verwendet, um einen Schnitt wie in Abb. 19.11 zu erzielen. Graphitelektroden erlauben höhere Stromdichten, bleiben länger scharf und erzeugen einen saubereren Schnitt als Kohlenstoffelektroden. Eine Gleichstromquelle wird verwendet, wenn die Elektrode mit der negativen Seite der Schaltung verbunden ist. Tabelle 19.3 gibt eine ungefähre Schätzung der Geschwindigkeit des Schneidens von Stahlplatten mit Graphitelektroden an.

Die Position, die am besten zum Schneiden von Lichtbogen geeignet ist, ist nach unten oder nach oben gerichtet, damit das geschmolzene Metall leicht aus dem Schnitt herausfließen kann. Der resultierende Schnitt ist gewöhnlich rau mit verschmolzenen Kanten. Die Rauheit der Schnittfuge wird auf das Springen des Bogens von einer Seite zur anderen zurückgeführt. Andere Nachteile des Kohlenstoffbogenschneidens sind ein breiter Schnitt bis zu 25 mm Breite, eine niedrige Schnittgeschwindigkeit auf schweren Profilen, eine merkliche Kohlenstoffaufnahme durch die Schnittfuge, die zu einer erhöhten Härte und folglich zu Schwierigkeiten bei der Bearbeitung und einem hohen Strombedarf führt.

Das Lichtbogenschneiden kann zum Schneiden von Gusseisen, legierten Stählen und NE-Metallen verwendet werden. Dieses Verfahren hat jedoch keine große industrielle Bedeutung.

Bogenschneidvorgang Nr. 2: Luftkohlenstoffbogenschneiden:

Die Luftkohlenstoffbogenmethode zum Schneiden von Metallen besteht darin, das Metall mit einem Lichtbogen zu schmelzen und durch einen Luftstoß zu entfernen. Ein Hochgeschwindigkeitsstrahl, der sich parallel zur Kohlenstoffelektrode bewegt, trifft unmittelbar hinter dem Lichtbogen auf das Metallbad und bläst das geschmolzene Metall aus. Abb. 19.12 zeigt die grundlegenden Merkmale des Prozesses. Die Kohleelektrode wird in einem speziell entwickelten Halter gehalten, der Löcher enthält, durch die Druckluftstrahlen entlang und hinter der Elektrode geblasen werden.

Bogenschneidvorgang Nr. 3: Metallbogenschneiden:

Beim Metalllichtbogenschneiden wird der Schnitt durch Lichtbogenschmelzen zwischen einer Elektrode und dem Werkstück erreicht. Das geschmolzene Material wird durch die Schwerkraft entfernt. Wenn zum Schneiden bedeckte Elektroden verwendet werden, spricht man von abgeschirmtem Metallbogen (SMA).

Die erforderliche Ausrüstung ist die Standardausrüstung für geschirmtes Metall-Lichtbogenschweißen. Beim SMA-Schneiden kann das Kernmaterial ein kohlenstoffarmer Stahl sein, auch nicht für das Schweißen ungeeignet, da Verunreinigungen im Kernmetall kaum eine Rolle spielen. Bevorzugt sind tief durchdringende Beschichtungen wie cellulosische Beschichtungen. Eine Elektrode mit relativ kleinem Durchmesser sollte mit einer negativen Gleichstromelektrode verwendet werden.

Die Beschichtung verlangsamt das Schmelzen der Elektrode, stabilisiert den Lichtbogen und wirkt als Isolator, um einen Kurzschluss des Lichtbogens mit der Seitenwand zu verhindern, wenn die Elektrode in den Schnitt eingeführt wird. Wenn die Elektrodenbeschichtung durch Eintauchen in Wasser nass gemacht wird, sinkt die Elektrodenverbrauchsrate, so dass pro Elektrode mehr Länge geschnitten werden kann.

Bei der SMA-Auslese wird der Strom viel höher eingestellt als normalerweise beim Schweißen verwendet wird. Dies führt zu einem großen geschmolzenen Pool, der beim Schnitt wegfällt. Bei dickem Material ist eine Sägeaktion erforderlich, um den Schnitt vorzunehmen und das geschmolzene Metall wie in Abb. 19.14 wegfallen zu lassen.

Der durch das Schneiden mit SMA erzeugte Schnitt ist rau, aber dem Schneiden mit Kohlenstoffbogen überlegen. Der Schnitt ist schmal mit einer Breite, die ungefähr dem Elektrodendurchmesser entspricht. Es wird meistens für grobe Arbeiten wie das Schneiden von Schrott, das Nieten und das Lochbohren verwendet.

Lichtbogenschneidvorgang Nr. 4. Schneiden von Gasmetallbogen (GMA):

Bei diesem Verfahren wird die übliche Gasmetall-Lichtbogenschweißvorrichtung verwendet, und die Wärme zum Schneiden wird aus dem elektrischen Lichtbogen erhalten, der zwischen einem kontinuierlich zugeführten Elektrodendraht und dem Werkstück gebildet wird, üblicherweise unter Schutzgas. Zwischen der Vorderseite des Drahtes und der vorlaufenden Schnittkante wird ein Lichtbogen erzeugt. Die Kraft aufgrund des Schutzgasstroms und die Magneteffekte der Elektrode stoßen das geschmolzene Metall aus der Schnittfuge aus. Dieses Verfahren kann bei allen Positionsschneiden verwendet werden, hat jedoch kaum industrielle Bedeutung.

Lichtbogenschneidvorgang Nr. 5. Schneiden von Gaswolframbogen (GTA):

In diesem Prozess wird das Schneiden durch einen Lichtbogen zwischen einer Wolframelektrode und den Werkstücken mit der gleichen Ausrüstung wie beim Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) erreicht. Das Schneiden wird durch Erhöhen der Stromdichte über die für gute Schweißbedingungen und mit einer erhöhten Flussrate des Schutzgases erforderliche Leistung erreicht.

Die Geschwindigkeit des Gasstrahls bläst das geschmolzene Metall weg, um die Schnittfuge zu bilden. Im Allgemeinen wird eine Schutzgasmischung aus 65% Argon und 35% Wasserstoff verwendet. Stickstoff kann verwendet werden, sofern geeignete Vorkehrungen getroffen werden, um die während des Betriebs entstehenden giftigen Dämpfe zu entfernen.

Typische Geschwindigkeiten für das GTA-Schneiden sind 1 bis 1, 5 m / min bei 3 mm dickem Aluminium und 0-5 bis 1 m / min bei 3 mm dickem Edelstahl. Der verwendete Strom beträgt 200 bis 600 A, um Edelstahl und Aluminium mit einer Dicke von bis zu 13 mm zu schneiden.

Die Schnittqualität entlang der Schnittfuge ist gut und erfordert häufig keine anschließende Endbearbeitung. Mit diesem Verfahren können rostfreie Stähle mit einer Dicke von bis zu etwa 50 mm geschnitten werden. Je dicker das zu schneidende Metall ist, ist die Toleranz, die für die Schnittbreite zulässig sein muss.

Das GTA-Schneidverfahren kann zwar zum Schneiden von Metall in dünnen Abschnitten verwendet werden, wurde jedoch durch Plasmaschneiden ersetzt und ist heute von geringer industrieller Bedeutung, außer wenn keine Ausrüstung für andere effizientere Prozesse verfügbar ist.

Lichtbogenschneidvorgang Nr. 6. Plasma-Lichtbogenschneiden:

Beim Plasmalichtbogenschneiden (PAC) wird das Metall geschnitten, indem ein lokalisierter Bereich mit dem verengten Lichtbogen geschmolzen und das geschmolzene Material mit einem heißen ionisierten Gas mit hoher Geschwindigkeit entfernt wird, das als Plasmastrahl bezeichnet wird.

Das Plasmastrahlschneiden ähnelt dem Schlüssellochmodus beim Plasmaschweißen, mit der Ausnahme, dass sich das Schlüsselloch im Gegensatz zum Schweißen nicht hinter dem Plasmabogen schließen darf. Die Plasmastrahlgeschwindigkeit ist sehr hoch, daher ist der Ausstoß von geschmolzenem Metall einfach.

Das Plasmabogenschneiden wird hauptsächlich im Übertragungslichtbogenmodus verwendet, wobei ein Pilotlichtbogen zur Plasmabogenauslösung verwendet wird.

Es gibt drei Hauptvarianten des PAC-Verfahrens, nämlich Hochstrom-Plasmaschneiden, Niedrigstrom-Plasmaschneiden und Plasmaschneiden mit Wasserinjektion oder Wasserabschirmung. Das Design des Plasmabrenners hängt von der Prozessvariation ab.

Qualität des Plasmaschnittes:

Die Qualität eines Plasmaschnitts wird durch die Oberflächenglätte, die Schnittfugenbreite, die Parallelität der Schnittflächen, die Rechtwinkligkeit des Schnittes und die Schärfe der Oberkanten bestimmt. Diese Faktoren werden durch das zu schneidende Material, das Design und die Einrichtung der Ausrüstung sowie die Betriebsvariablen bestimmt.

Hochwertige Schnitte werden im Allgemeinen mit mäßiger Leistung und niedrigen Schnittgeschwindigkeiten erzielt. Bei modernen, automatisierten PAC-Geräten mit Wasserinjektion oder Wasserabschirmung fehlt die Oberflächenoxidation fast vollständig.

Bei sehr dickem Edelstahl (> 180 mm) hat der Plasmalichtbogenprozess gegenüber der Brennschneiden von Sauerstoff in Bezug auf Geschwindigkeit und Schnittbreite nur einen geringen Vorteil, obwohl PAC wesentlich sauberer ist. Im Allgemeinen ist die Schnittfugenbreite beim Plasmaschneiden 1, 5 bis 2-mal breiter als die Schnittfugenbreite für das Autogenschneiden.

Beim Plasmaschneiden mit Plasmaschneiden wird im Allgemeinen ein Fasenschnitt erzielt, und der Fasenwinkel auf beiden Seiten des Schnittes nimmt tendenziell mit der Schnittgeschwindigkeit zu. Kantenverrundung ergibt sich, wenn der Abstand des Brenners zu groß ist oder wenn zum Schneiden einer bestimmten Platte eine übermäßige Leistung verwendet wird. Es kann auch durch Hochgeschwindigkeitsschneiden von Materialien mit einer Dicke von weniger als 6 mm entstehen.

In den Tabellen 19.6, 19.7 und 19.8 sind typische Empfehlungen für den Betrieb aufgeführt, um qualitativ hochwertige Schnitte für das Plasmaschneiden von Aluminium, Edelstahl und kohlenstoffarmen Stählen zu erreichen.

Schlacke oder Schlacke ist das oxidierte oder geschmolzene Material, das sich beim thermischen Schneiden bildet und am unteren Rand der Platte haftet. Mit heutigen mechanischen Ausrüstungen können aus Aluminium und nichtrostenden Stählen schlackenfreie Schnitte mit einer Dicke von bis zu 75 mm und von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bis zu etwa 40 mm hergestellt werden. Bei Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist jedoch die Wahl der Geschwindigkeit und des Stroms kritischer. Bei Schnitten aus dickeren Materialien ist Kratzer normalerweise nicht zu vermeiden.

Sicherheit:

Da der Plasmastrahl normalerweise bei Geschwindigkeiten nahe an Überschallgeschwindigkeit arbeitet, führt dies zu einem hohen Geräuschpegel beim Plasmaschneiden. Der Bediener muss daher nicht nur vor Blendung, Spritzen und Dämpfen, sondern auch vor hohen Geräuschpegeln geschützt werden.

Neben der üblichen Schutzkleidung, den Handschuhen und dem Helm muss der Bediener einen Gehörschutz wie Ohrenstöpsel verwenden. Lokale Absaugung muss für eine ausreichende Belüftung vorhanden sein. Abgesehen von diesen gibt es zwei übliche Sicherheitszubehörteile, die für PAC verwendet werden. Sie sind Wasserspiegel und Wasserschalldämpfer.

Wassertisch ist ein herkömmlicher Schneidetisch, der bis zur Bodenfläche des zu schneidenden Werkstücks mit Wasser gefüllt ist. Die im Wasser durch den Plasmastrahl hervorgerufenen Turbulenzen helfen dabei, die Dämpfe und das aus der Schnittfuge entfernte Material einzufangen.

Der Wasserschalldämpfer ist ein Gerät, das Geräusche reduziert. Es ist eine Düse, die am Brennerkörper befestigt ist und einen Wasservorhang unterhalb der Brennerdüse erzeugt. Es wird immer in Verbindung mit einem Wassertisch verwendet. Der Wasservorhang über der Platte (Werkstück) und das Wasser, das die Platte unten abschirmt, umschließen den Plasmalichtbogen in einem schalldämpfenden Schild.

Anwendungen:

Mit dem Plasmaschneiden können beliebige Materialien einschließlich Dielektrika geschnitten werden. Die meisten Anwendungen beschränken sich jedoch auf das Schneiden von Kohlenstoffstählen, Aluminium und rostfreien Stählen. Es kann für das Stapelschneiden, das Plattenfasen, das Formschneiden und das Durchstechen verwendet werden. Dieses Verfahren kann mit Kohlenstoff- und Edelstählen mit einer Dicke von bis zu 40 mm, mit Gusseisen mit einer Dicke von bis zu 90 mm, mit Aluminium und seinen Legierungen mit einer Dicke von bis zu 120 mm und mit Kupfer mit einer Dicke von bis zu 80 mm erfolgreich umgehen.

Die wirtschaftlichen Vorteile von PAC gegenüber dem Acetylen-Acetylen-Schnitt zeigen sich deutlicher bei langen, kontinuierlichen Schnitten, die an einer größeren Anzahl von Teilen vorgenommen werden. Solche Anwendungen sind normalerweise im Schiffbau, in der Herstellung von Lagertanks, im Brückenbau und in Stahlversorgungszentren anzutreffen. PAC kann bei hohen Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden, ohne dass Schnittgenauigkeit und Toleranzen verloren gehen.

Zum Beispiel können Metalle mit Geschwindigkeiten von 2 bis 5 bis 3 bis 8 m / min geschnitten werden, die mit einer maximalen Geschwindigkeit von 0 bis 5 bis 0 bis 63 m / min durch Oxyacetylen-Schneiden geschnitten werden könnten. Beim Schneiden dünner Materialien können Geschwindigkeiten von bis zu 7 m / min verwendet werden. Solche Geschwindigkeiten sind offensichtlich nur mit automatischen Mitteln möglich.

Eine Platte aus reinem Kohlenstoffstahl kann mit einem Acetylen-Schneidprozess schneller geschnitten werden als ein PAC, wenn die Materialstärke etwa 75 mm beträgt. Bei Schnittstärken unter 25 mm ist PAC jedoch bis zu fünfmal schneller als das Oxy-Acetylen-Verfahren. Das Plasma-Stack-Culling ist effizienter als das Stack-Schneiden mit Sauerstoffacetylen.

Das Plasmaschneiden kann auch zum Schneiden von Metallen unter Wasser modifiziert werden.

Die Plasmavariation mit geringem Strom gewinnt an Beliebtheit, da sie manuell zum Schneiden von Materialien einschließlich Edelstahl und Aluminium für die Produktion und Wartung verwendet werden kann. Das Schwachstrom-Plasmaschneiden kann auch zur Rettung defekter Gussteile verwendet werden.

Das Hochstromplasma kann verwendet werden, um jedes Material mit einer automatischen Formschneidvorrichtung zu schneiden, erfordert jedoch eine Hochgeschwindigkeitsvorrichtung, um die wirtschaftlichen Vorteile des Verfahrens zu erreichen.

Das Plasmaschneiden mit Wasserinjektion reduziert nicht nur die Dämpfe und den Rauch, die durch den Hochstrom-Plasmaprozess erzeugt werden, sondern verbessert auch die Schnittqualität der meisten Materialien.